Aplanadoras y calidad de aplanado en líneas de cort

Aplanadoras y calidad de aplanado en líneas de corte

Víctor Esteban
(Fagor Arrasate, S. Coop.)15/04/2003

El objeto de una línea de corte transversal es obtener formatos planos de una cierta longitud partiendo de una bobina madre. Toda línea de corte transversal debe tener, por tanto, una zona de aplanado donde se logre eliminar todos los defectos que el material de partida tiene, desde la curvatura propia del enrollado M acero en bobina hasta problemas mas locales como ondulaciones en los bordes. Las máquinas que efectúan esta labor son las aplanadoras y la ponencia repasa brevemente el estado de la técnica para estas máquinas.

Los defectos de aplanado se producen siempre por la existencia, dentro del material, de tensiones internas elásticas residuales. Estas tensiones aparecen por diversas razones entre las que cabe destacar los efectos de la laminación, enfriamiento no homogéneo de la colada, no uniformidad de presión de los rodillos de laminación, enrollado en bobina, transporte, impurezas internas en la red cristalina del acero, la forma no exactamente rectangular de la sección de la banda, etc.

Aplanar significa eliminar o igualar dichas tensiones elásticas internas.

Defectos de aplanado

El primer efecto que siempre hay que considerar es que la sección transversal de la banda tiene forma de huso. Esto no es corregible con una aplanadora pero es causa de que existan tensiones internas.

Las tensiones internas elásticas existentes pueden ser transversales, en el sentido de la anchura de la bobina o longitudinales en el sentido del desenrollado de la misma.

Las tensiones residuales transversales generan una tracción en la cara superior de la banda y una compresión en la inferior. Además no son simétricas respecto a la fibra neutra del material y por ello la banda tiende a curvarse y a arrugarse.

Por otro lado si tomamos una sección cualquiera de la bobina, a lo largo de su longitud, vemos que las tensiones transversales no son iguales de una sección a otra lo que implica que no es posible un ajuste de la aplanadora constante a lo largo de toda la bobina mientras ésta se procesa.

Las tensiones longitudinales se manifiestan de igual manera. Provocan defectos locales como bolsas y, en especial, el efecto 'sable' o 'camber' en su terminología inglesa de muy difícil corrección.

Se ha intentado mucho el simular el comportamiento de la chapa durante el proceso de laminado y disponer de modelos de aplanado matemáticos. Desgraciadamente, y aunque se han hecho progresos importantes, influyen tantas variables que el cálculo teórico es enormemente complicado. Se ha avanzado en aislar defectos típicos y analizarlos como si se diesen en solitario en la bobina. Esto está lejos de ser real pero , al menos, nos permite una pequeña comprensión de los fenómenos. Para algunos de los defectos de aplanado la simulación es sencilla, como por ejemplo la curvatura de enrollado. Pero para otros, como el sable, el cálculo es de por sí ya muy complicado. la ponencia muestra las fórmulas de Tanaka solo para indicar la complicación inherente al aplanado. Cuando se combinan ya varios efectos, el problema es difícilmente resoluble.

Es por ello que la experiencia y la acumulación de datos empíricos son muy importantes en el diseño y fabricación de aplanadoras. Los fabricantes con más referencias, datos y aplicaciones diversificadas son los que ofrecen mayor garantía y mayor calidad al poder aplicar a sus diseños datos reales que otros fabricantes no poseen.

El aplanado perfecto NO existe y por ello se acepta como bueno un formato que se separa de esa superficie de referencia en menos de ‘x’ mm en cualquiera de sus puntos

Las aplanadoras de rodillos eliminan los defectos de aplanado en base a reducir las tensiones elásticas internas residuales

Defectos típicos de aplanado

Son :

* Curvatura

* Teja

* Ondas en los bordes

* Bolsas centrales

* Sable

* Torsión

¿Qué es un buen aplanado?

Es lograr que un formato ya cortado y colocado sobre una superficie plana no se separe en ninguno de sus puntos de dicha superficie plana.

El aplanado perfecto NO existe y por ello se acepta como bueno un formato que se separa de esa superficie de referencia en menos de ‘x’ mm en cualquiera de sus puntos.

Cómo medir la calidad de aplanado

Las normas tradicionales (DIN, ISO, UNE, ASTM) fijan sin más cual es esa desviación máxima aceptable para un formato de cierta longitud. Así hablamos de que un formato tiene calidad DIN cuando cualquiera de sus puntos no se eleva de la superficie de referencia en mas de lo que esa norma DIN fija.

Como estas normas son generosas se ha venido usando, en la práctica, el aceptar como normales calidades mejores que la DIN y así hablamos del DIN restringido, de 'medio' DIN, de 'un tercio' de DIN. Así, por ejemplo, 'medio’ DIN significa que el formato se eleva como máximo solo la mitad de lo que acepta la norma DIN, o en otras palabras su calidad es el doble de buena.

Pero estas normas tradicionales no tienen en cuenta si esa elevación es uniforme y progresiva o bien abrupta. Es evidente que un formato que se desvíe ‘x’ milímetros de la superficie plana de manera muy uniforme a lo largo de 2.000 mm de longitud será mas aceptable técnica y visualmente que uno que tenga esa misma desviación pero en una esquina, viéndose una arruga importante local.

La nueva forma de medir el aplanado tiene en cuenta esa distinción. Se denomina Unidades 'I' o I-units en su terminología inglesa.

Aplanadoras de rodillos sin tensión

Las aplanadoras de rodillos eliminan los defectos de aplanado en base a reducir las tensiones elásticas internas residuales.

Para ello fuerzan al material a pasar a través de una serie de rodillos dispuestos al tresbolillo de manera que el material se estira. Al estirarse entra en plasticidad reduciéndose las tensiones elásticas y homogeneizando las que no pueden ser totalmente eliminadas.

Cuanto más plastificado está el material mejor aplanado se obtiene y lo óptimo sería plastificar el 100 por ciento del material. Sin embargo en la práctica se obtienen plastificaciones de entre el 50 y el 80 por ciento en función del tipo de máquina, tipo de material y proceso.

Los rodillos que deben usarse para aplanar en este tipo de máquinas deben tener un diámetro lo suficientemente pequeño para que el material se estire suficientemente al curvarse sobre ellos, pero lo suficientemente grande para que los esfuerzos puestos en juego no los rompan.

También el número de rodillos situados uno tras otro es determinante. Aunque en teoría con solo 3 rodillos podría plastificarse un material esto no es cierto en la práctica debido a que el material se procesa a alta velocidad y no tiene tiempo a estirarse suficientemente con solo pocos rodillos. Por ello deben añadirse más, haciendo, además, que el estiramiento sea mas progresivo y uniforme.

Aplanado de aceros de alto límite elástico

Hemos ya explicado que aplanar es plastificar. Los nuevos aceros de alto límite elástico HSS o UHSS, actualmente muy usados disponen de un alto límite elástico pero de una zona plástica muy reducida. En otras palabras, el punto de rotura está cercano al del límite elástico en la curva de tracción.

Ello implica dificultades para aplanar estos aceros